تقييم ميداني طويل الأمد لفحم الحمأة من مياه الصرف الصحي في ركائز الأسطح الخضراء يكشف استجابات هيدرولوجية ونباتية وميكروبية

تحويل أسطح المدينة إلى مساهمين مفيدين

مع احترار المدن وزيادة تواتر الفيضانات، يتجه العديد من المخططين إلى الأسطح الخضراء كوسيلة بسيطة لتبريد المباني وامتصاص مياه الأمطار وتوفير مواطن للحشرات والطيور. تستقصي هذه الدراسة ما إذا كان مكون غير عادي مصنوع من حمأة معالجة مياه الصرف، يُدعى الفحم الحيوي، يمكن أن يجعل الأسطح الخضراء الرقيقة والخفيفة تعمل بشكل أفضل بينما يعيد تدوير مادة نفاية غالباً ما يصعب التخلص منها بأمان.

حياة جديدة لمادة فائضة

تنتج محطات معالجة مياه الصرف كميات كبيرة من الحمأة الغنية بالمغذيات والتي لا يمكن استخدامها دائماً في الحقول الزراعية بسبب المخاوف من المعادن وغيرها من الملوثات. عندما تُسخن هذه الحمأة في غياب الأكسجين، تتحول إلى مادة شبيهة بالفحم تُعرف بفحم حمأة مياه الصرف. تُحجز بهذه العملية العديد من الملوثات في شكل مستقر وتتركز عناصر مفيدة مثل الفسفور. تساءل الباحثون عما إذا كان خلط كمية معتدلة من هذا الفحم في طبقة الزراعة للأسطح الخضراء الواسعة قد يحسن أداء المياه ونمو النباتات دون تلويث الجريان السطحي المتدفق من الأسطح إلى مصارف المدينة.

اختبار الأسطح الخضراء على مبنى حقيقي

ركّب الفريق اثني عشر سقيفة اختبار صغيرة فوق مبنى جامعي في منطقة جافة ومعتدلة المناخ بسلوفاكيا. حمل كل صينية ضحلة نفس خلطة الأسطح الخضراء التجارية ونباتات سيدوم المعمرة، لكن بعض الصواني لم تُضاف إليها أي فحم، وبعضها احتوى على 10 بالمئة حسب الحجم، وبعضها 20 بالمئة. على مدار أكثر من ثلاث سنوات، راقبوا هطول الأمطار والمياه المتدفقة من كل صينية ومدى رطوبة ودفء طبقة الزراعة، وكذلك مدى تغطيّة النباتات للسطح. كما أخذوا عينات من جريان السطح لتحليل المغذيات ومقاييس جودة المياه الأخرى واستخدموا بصمات جينية لتتبع عدد أنواع البكتيريا والفطريات الموجودة في طبقة الزراعة.

الماء والنباتات وتقدّم حالة طبقة السطح

أدى إضافة فحم حمأة مياه الصرف إلى جعل طبقة الزراعة أخف وزناً وأكثر مسامية وأفضل في احتجاز الماء. ظلت الصواني المحتوية على الفحم أكثر رطوبة بعد الأمطار وأرسلت مياه أقل إلى المصارف، لا سيما خلال السنوات الأكثر جفافاً، حيث خفّضت الخلطة التي تحتوي 20 بالمئة من الفحم الجريان السطحي بأقصى درجة. مع مرور الوقت، استقرت جميع طبقات الزراعة وتغيرت بنيتها، لكن تلك التي تحوي فحمًا تقلّصت أقلّ واحتفظت بملمس أكثر استقراراً. ساعد ذلك نباتات سيدوم على الانتشار بسرعة أكبر. بحلول نهاية الدراسة، وصلت تغطية النباتات إلى حوالي ثلاثة أرباع السطح في الصواني بدون فحم وحوالي تسعة أعشار حيث وُجد الفحم، مع فرق طفيف بين جرعتي الفحم. عملياً، ساعد التعديل الطبقة الرقيقة لتتصرف كأنها تربة صحية على الرغم من ظروف السطح القاسية.

جودة الجريان السطحي والحياة الدقيقة في الطبقة

بما أن الفحم بدأ غنيًا بالمغذيات، ثمة خطر من أن يفاقم جودة المياه الخارجة من السطح. لاحظ الباحثون مستويات أعلى من النيتروجين والفسفور في الجريان السطحي من الصواني المحتوية على الفحم خلال الموسم الأول، حيث جُرفت المغذيات سهلة الغسل. ومع ذلك، انخفضت هذه المستويات ثم استقرت في السنوات التالية، لتنتهي بمعدلات مماثلة للصواني الضابطة. كما استقرت مقاييس مثل الحموضة والأملاح الذائبة والجسيمات المعلقة ضمن نطاقات آمنة. في الوقت نفسه، ازداد تنوع البكتيريا والفطريات في طبقة الزراعة عمومًا مع معدل الفحم الأعلى، مما يشير إلى أن المساحات المسامية الأكثر تعقيدًا ومصادر الغذاء الإضافية في الخلطة المعدلة خلقت مزيدًا من المواطن الصغيرة التي تسمح بازدهار الميكروبات.

ما الذي يعنيه هذا لأسطح المدن المستقبلية

بالنسبة للقراء المهتمين بكيفية تكيّف المدن مع تغير المناخ، توضح هذه الدراسة أن فحم حمأة مياه الصرف يمكن أن يحوّل مشكلة التخلص إلى مكون مفيد للمباني الأكثر خضرة. في هذه التجربة الطويلة على الأسطح، حسّنت كميات معتدلة من الفحم سعة الاحتفاظ بالماء، وخفّضت الجريان السطحي، ودعمت تغطية نباتية أكثر كثافة، وعزّزت مجتمعات ميكروبية أغنى، وكل ذلك دون إحداث ضرر دائم في جودة الجريان. وبينما جرت الدراسة على مبنى واحد وفي مناخ واحد، فإنها تشير إلى أن الفحم الحيوي المُعد بعناية من حمأة مياه الصرف قد يساعد المصممين على بناء أسطح خضراء أخف وأنحف لا تزال تدير مياه الأمطار جيدًا وتبقى صحية على مدى الزمن.

الاستشهاد: Vavrincová, L., Pipíška, M., Urbanová, J. et al. Long-term field evaluation of sewage sludge biochar in green roof substrates reveals hydrological, vegetation, and microbial responses. Sci Rep 16, 16123 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46252-z

الكلمات المفتاحية: الأسطح الخضراء, فحم حيوي, المياه الحضرية, حمأة مياه الصرف, تنوع ميكروبي